FR2720568A1 - Power bipolar transistor temperature compensation circuit - Google Patents
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- H03F1/302—Modifications of amplifiers to reduce influence of variations of temperature or supply voltage or other physical parameters in bipolar transistor amplifiers
Abstract
Description
La présente invention concerne un circuit de compensation de température pour transistors bipolaires haute puissance, en particulier, mais non exclusivement destinés à être utilisés dans des amplificateurs de radiofréquence (RF) haute puissance. The present invention relates to a temperature compensation circuit for high power bipolar transistors, in particular, but not exclusively intended for use in high power radio frequency (RF) amplifiers.
Dans les amplificateurs RF haute puissance fonctionnant en classe AB, un problème particulier est la non-linéarité du gain du transistor. Ceci peut être dû aux variations d'amplitude du signal RF ou aux variations de la températurc. De façon générale, le transistor est polarisé, sur son électrode de base, par une tension de polarisation choisie de façon que le transistor fonctionne dans la partie AB voulue de la caractéristique de gain. Toutefois, lorsque la température du transistor varie, le point de polarisation change, ce qui altère le gain du transistors
Dans un système connu, on compense les variations de la température ambiante en incluant au moins un composant sensible à la température dans le circuit de polarisation, au voisinage du transistor. Le composant sensible à la température possède, comme cela est souhaitable, une caractéristique de réponse en température qui est analogue à celle du transistor. Toutefois, les modulations d'amplitude du signal RF provoquent aussi de rapides variations de la température au niveau de la jonction du transistor. Ces variations ne peuvent pas être compensées de façon précise par un capteur qui ne détecte que les variations lentes de la température, par exemple celles de la température ambiante.In high power RF amplifiers operating in class AB, a particular problem is the non-linearity of the gain of the transistor. This may be due to variations in the amplitude of the RF signal or to variations in temperature. Generally, the transistor is biased, on its base electrode, by a bias voltage chosen so that the transistor operates in the desired part AB of the gain characteristic. However, when the temperature of the transistor varies, the polarization point changes, which alters the gain of the transistors
In a known system, the variations in the ambient temperature are compensated for by including at least one temperature-sensitive component in the bias circuit, in the vicinity of the transistor. The temperature sensitive component has, as desirable, a temperature response characteristic which is analogous to that of the transistor. However, the amplitude modulations of the RF signal also cause rapid temperature variations at the junction of the transistor. These variations cannot be precisely compensated for by a sensor which detects only slow variations in temperature, for example those in ambient temperature.
Ainsi, d'autres systèmes ont été conçus dans le but de compenser ces variations rapides de la température qui sont dues à la modulation d'amplitude du signal. Dans un semblable système, on utilise un détecteur RF pour contrôler le niveau de puissance de sortie RF et on utilise alors un circuit dc correction complexe pour compenser le circuit de polarisation en fonction du niveau de puissance de sortie RF. Ceci est à la fois complexe et coûteux. Thus, other systems have been designed with the aim of compensating for these rapid variations in temperature which are due to the amplitude modulation of the signal. In a similar system, an RF detector is used to monitor the RF output power level and then a complex correction circuit is used to compensate the bias circuit based on the RF output power level. This is both complex and expensive.
Cest donc un but de l'invention de surmonter, ou au moins de réduire, les inconvénients ci-dessus présentés des systèmes connus de compensation de température. It is therefore an object of the invention to overcome, or at least reduce, the above-presented drawbacks of known temperature compensation systems.
Ainsi, I'invention propose un circuit permettant de compenser les variations de température dans un transistor bipolaire haute puissance qui possédé des électrodes de base, de collecteur et d'émetteur et qui est polarisé par un circuit de polarisation, le circuit comprenant un moyen de mesure, servant à mesurer le courant dans l'électrode de base du transistor, et un moyen d'ajustement couplé au moyen de mesure et servant à ajuster le circuit de polarisation en fonction des variations du courant dans l'électrode de base. Thus, the invention proposes a circuit making it possible to compensate for temperature variations in a high-power bipolar transistor which has basic, collector and emitter electrodes and which is polarized by a polarization circuit, the circuit comprising a means of measuring, serving to measure the current in the base electrode of the transistor, and an adjustment means coupled to the measuring means and serving to adjust the bias circuit according to the variations of the current in the base electrode.
De préférence, le moyen de mesure comprend au moins une résistance couplée en série, en un certain point, entre une alimentation électrique destinée à l'électrode de base et l'électrode de base. Par exemple, la résistance peut être couplée entre le circuit de polarisation et l'électrode de base, ou bien entre l'alimentation électrique et le circuit de polarisation. Selon un mode dc réalisation, deux résistances sont prévues, I'une entre l'alimentation électrique et Ic circuit de polarisation, et l'autre entre le circuit de polarisation et l'électrode de base. Preferably, the measuring means comprises at least one resistor coupled in series, at a certain point, between a power supply intended for the base electrode and the base electrode. For example, the resistor can be coupled between the bias circuit and the base electrode, or between the power supply and the bias circuit. According to one embodiment, two resistors are provided, one between the power supply and the bias circuit, and the other between the bias circuit and the base electrode.
Dans un mode de réalisation préféré, le moyen d'ajustement comprend au moins un circuit dit RC, qui comporte une résistance et un condensateur, le circuit RC étant couplé en série, en un certain point, entre l'alimentation électrique destinée à l'électrode de base et l'électrode de base. Par exemple, le circuit RC peut être couplé entre le circuit de polarisation et l'électrode de base, ou bien entre l'alimentation électrique et le circuit de polarisation. Dans un mode de réalisation, on prévoit deux circuits RC, un entre l'alimentation électrique et le circuit de polarisation et l'autre entre le circuit de polarisation et l'électrode de base. In a preferred embodiment, the adjustment means comprises at least one so-called RC circuit, which comprises a resistor and a capacitor, the RC circuit being coupled in series, at a certain point, between the electrical supply intended for the base electrode and base electrode. For example, the RC circuit can be coupled between the bias circuit and the base electrode, or between the power supply and the bias circuit. In one embodiment, two RC circuits are provided, one between the power supply and the bias circuit and the other between the bias circuit and the base electrode.
De préférence, la résistance du circuit RC et la résistance du moyen de mesure sont la même. Preferably, the resistance of the RC circuit and the resistance of the measuring means are the same.
La description suivante, conçue à titre d'illustration de l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages ; elle s'appuie sur les dessins annexés, parmi lesquels:
la figure 1 représente un schéma simplifié d'un système de base de compensation de température selon un premier mode de réalisation;
la figure 2 montre un exemple d'un circuit de polarisation destiné à être utilisé avec le système de la figure 1 ; et
la figure 3 représente un système de compensation de température selon un deuxième mode de réalisation.The following description, intended to illustrate the invention, aims to give a better understanding of its characteristics and advantages; it is based on the appended drawings, among which:
FIG. 1 represents a simplified diagram of a basic temperature compensation system according to a first embodiment;
Figure 2 shows an example of a bias circuit for use with the system of Figure 1; and
FIG. 3 represents a temperature compensation system according to a second embodiment.
Ainsi, comme représenté sur la figure 1, un transistor RF 1, qui peut faire partie d'un émetteur ou d'un récepteur de radiofréquence (non représenté), est couplé par son électrode de base à un circuit de polarisation 2 de façon à être polarisé par une tension Vbe. Le circuit de polarisation est couplé à une source de tension 3 fournissant une tension d'alimentation Vbb. Le circuit dc polarisation 2 est également couplé de façon à recevoir une tension de référence Vref. Alors qu'on peut utiliser n'importe quel circuit de polarisation, et que divers types en sont connus, un circuit de polarisation 2 approprié est représenté sur la figure 2. Thus, as shown in FIG. 1, an RF transistor 1, which can be part of a radiofrequency transmitter or receiver (not shown), is coupled by its base electrode to a bias circuit 2 so as to be polarized by a voltage Vbe. The bias circuit is coupled to a voltage source 3 providing a supply voltage Vbb. The polarization circuit 2 is also coupled so as to receive a reference voltage Vref. While any bias circuit can be used, and various types are known, a suitable bias circuit 2 is shown in Figure 2.
Dans le circuit de polarisation 2, I'électrode de collecteur d'un premier transistor T2 est couplée de façon à recevoir la tension d'alimentation Vbb et son électrode d'émetteur est couplée à la sortie fournissant la tension Vhe. L'électrode de base du transistor T2 est couplée à l'électrode de collecteur d'un transistor T1, dont l'électrode d'émetteur est couplée au potentiel de référence de la terre. Une résistance R1 est couplée entre l'électrode de base du transistor T2 et la tension de référence Vref, et une deuxième résistance R2 est couplée entre l'électrode de collecteur du transistor T2 et la tension de référence Vref. Une troisième résistance est couplée entre l'électrode de base du transistor T1 et l'électrode d'émetteur du transistor T2. In the bias circuit 2, the collector electrode of a first transistor T2 is coupled so as to receive the supply voltage Vbb and its emitter electrode is coupled to the output providing the voltage Vhe. The base electrode of transistor T2 is coupled to the collector electrode of a transistor T1, whose emitter electrode is coupled to the reference potential of the earth. A resistor R1 is coupled between the base electrode of transistor T2 and the reference voltage Vref, and a second resistor R2 is coupled between the collector electrode of transistor T2 and the reference voltage Vref. A third resistor is coupled between the base electrode of transistor T1 and the emitter electrode of transistor T2.
On revient maintenant à la figure 1, où l'on peut voir qu'une résistance
R4 est couplée entre la sortie de tension de polarisation du circuit de polarisation 2 et l'électrode de base du transistor RF 1. Un condensateur Cl est couplé entre l'électrode de base du transistor RF 1 et un potentiel de référence de terre suivant une configuration RC normale, avec la résistance R4. De même, une résistance
R5 est couplée entre la source de tension d'alimentation 3 et l'entrée de tension d'alimentation du circuit de polarisation 2. Un condensateur C2 est couplé entre l'entrée de tension d'alimentation du circuit de polarisation 2 et le potentiel de référence de terre suivant une configuration RC normale, avec la résistance R5.We now return to Figure 1, where we can see that a resistance
R4 is coupled between the bias voltage output of the bias circuit 2 and the base electrode of the RF transistor 1. A capacitor C1 is coupled between the base electrode of the RF transistor 1 and a ground reference potential according to a normal RC configuration, with resistance R4. Likewise, resistance
R5 is coupled between the supply voltage source 3 and the supply voltage input of the bias circuit 2. A capacitor C2 is coupled between the supply voltage input of the bias circuit 2 and the potential of earth reference according to a normal RC configuration, with resistance R5.
Selon une autre possibilité, le condensateur C2 pourrait être couplé entre l'entrée de tension de référence du circuit de polarisation 2 et le potentiel de référence de la terre.According to another possibility, the capacitor C2 could be coupled between the reference voltage input of the bias circuit 2 and the reference potential of the earth.
A l'aide du circuit de polarisation 2, les variations de température lentes sont compensées par la jonction du transistor T1. La tension de base qui doit être compensée est Vbe, et on réalise cela en utilisant deux constantes de temps électriques, à savoir une pour la compensation de la constante de temps de la puce et une pour la compensation de la constante de temps du boîtier. L'une est produite par la résistance R4 et le condensateur Cl se trouvant entre le circuit de polarisation 2 et la base du transistor RF 1, et l'autre est produite par la résistance
R5 et le condensateur C2 se trouvant entre la source de tension d'alimentation 3 et le circuit de polarisation 2. Lorsque le niveau de puissance de sortie du transistor
RF 1 augmente, ce qui provoque une augmentation de température, le courant de base du transistor RF 1 augmente de sorte que la tension chute aux bornes de la résistance R4, mais s'élève aux bornes de la résistance R5, si bien que le point de polarisation est modulé correctement. Les condensateurs C1 et C2 commandent la modulation sur la constante de temps correcte, selon les constantes de temps de puce et de boîtier voulues. On aura compris que, selon la précision désirée, on peut ou bien ajouter d'autres configurations RC, ou bien, dans certains cas, une seule pourra être suffisante et on pourra supprimer la résistance R4 et le condensateur
C1.Using the bias circuit 2, the slow temperature variations are compensated for by the junction of the transistor T1. The base voltage which must be compensated is Vbe, and this is achieved by using two electrical time constants, namely one for the compensation of the time constant of the chip and one for the compensation of the time constant of the package. One is produced by the resistor R4 and the capacitor Cl located between the bias circuit 2 and the base of the RF transistor 1, and the other is produced by the resistor
R5 and the capacitor C2 located between the supply voltage source 3 and the bias circuit 2. When the output power level of the transistor
RF 1 increases, which causes an increase in temperature, the base current of transistor RF 1 increases so that the voltage drops across the resistor R4, but rises across the resistor R5, so that the point polarization is modulated correctly. The capacitors C1 and C2 control the modulation on the correct time constant, according to the desired chip and package time constants. It will be understood that, depending on the desired precision, one can either add other RC configurations, or, in certain cases, only one may be sufficient and the resistor R4 and the capacitor may be eliminated.
C1.
La figure 3 représente un mode de réalisation de l'invention qui est utilisé avec une paire de transistors bipolaires 4 et 5 de 100 W chacun, fonctionnant en classe AB dans un émetteur de télévision. Alors qu'un certain nombre d'éléments sont identiques à ceux des figures 1 et 2, dans certain cas ils ont été dédoublés si bien qu'il n'y a qu'un semblable élément pour chacun des deux transistors 4 et 5 et, dans l'autre cas, un unique élément est utilisé pour les deux transistors 4 et 5. les éléments "partagés" qui sont identiques à ceux des figures 1 et 2 sont représentés à l'aide des mêmes numéros de référence et les éléments dédoublés qui sont identiques à ceux des figures 1 et 2 sont représentés à l'aide de numéros de référence identiques en ce qui concerne le transistor 4, mais à l'aide de numéros "primés" en ce qui concerne le transistor 5. FIG. 3 represents an embodiment of the invention which is used with a pair of bipolar transistors 4 and 5 of 100 W each, operating in class AB in a television transmitter. While a certain number of elements are identical to those of FIGS. 1 and 2, in certain cases they have been split so that there is only one similar element for each of the two transistors 4 and 5 and, in the other case, a single element is used for the two transistors 4 and 5. the "shared" elements which are identical to those of FIGS. 1 and 2 are represented using the same reference numbers and the split elements which are identical to those of FIGS. 1 and 2 are shown using identical reference numbers with regard to transistor 4, but using "award-winning" numbers with regard to transistor 5.
Dans ce mode de réalisation, un seul transistor T1 de compensation lente de la température est nécessaire, lequel est couplé à la terre par son électrode de collecteur et à une résistance variable 6 par son électrode d'émetteur, la résistance variable 6 remplaçant la résistance R1 de la figure 2. L'électrode de collecteur du transistor T1 est également couplée à un potentiomètre à prises 7, lequel est couplé, d'un côté, à l'électrode de base du transistor T2 via une résistance 8, et, de l'autre côté, à l'électrode de base du transistor T2' via une résistance 9. Une capacité C2 unique est couplée, dans ce mode de réalisation, entre l'entrée de tension de référence du circuit de polarisation et le potentiel de référence de la terre, les résistances R2 et R2' étant couplées entre l'entrée de tension de référence du circuit de polarisation et l'électrode de collecteur des transistors T2 et T2' respectifs. In this embodiment, a single transistor T1 for slow temperature compensation is necessary, which is coupled to the ground by its collector electrode and to a variable resistor 6 by its emitter electrode, the variable resistor 6 replacing the resistor R1 of FIG. 2. The collector electrode of transistor T1 is also coupled to a tap potentiometer 7, which is coupled, on one side, to the base electrode of transistor T2 via a resistor 8, and, from the other side, to the base electrode of transistor T2 'via a resistor 9. A single capacitor C2 is coupled, in this embodiment, between the reference voltage input of the bias circuit and the reference potential of the earth, the resistors R2 and R2 'being coupled between the reference voltage input of the bias circuit and the collector electrode of the respective transistors T2 and T2'.
Ainsi, comme on peut le voir, les variations de la température sont mesurées par les variations de mesure apparaissant dans le courant de base du transistor haute puissance à l'aide d'une résistance, lesquelles variations sont corrélées avec le courant de collecteur passant dans le transistor, et, par conséquent, avec la puissance dissipée. On compense ces variations à l'aide d'une configuration RC, qui ne demande que des composants passifs, pour commander le circuit de polarisation dans lequel la correction a lieu. Ainsi, la compensation des variations thermiques rapides peut être effectuée simplement par adjonction de composants passifs au circuit de polarisation, ce qui est à la fois peu coûteux et facile à faire. Thus, as can be seen, the variations in temperature are measured by the measurement variations appearing in the base current of the high power transistor using a resistor, which variations are correlated with the collector current passing in the transistor, and therefore with the dissipated power. These variations are compensated for using an RC configuration, which requires only passive components, to control the bias circuit in which the correction takes place. Thus, compensation for rapid thermal variations can be carried out simply by adding passive components to the bias circuit, which is both inexpensive and easy to do.
Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, à partir des circuits dont la description vient d'être donnée à titre simplement illustratif et nullement limitatif, diverses variantes ne sortant pas du cadre de l'invention. Of course, those skilled in the art will be able to imagine, from the circuits whose description has just been given by way of illustration only and in no way limitative, various variants which do not depart from the scope of the invention.
Claims (12)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9406540A FR2720568B1 (en) | 1994-05-30 | 1994-05-30 | Temperature compensation circuit for high power bipolar transistors. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9406540A FR2720568B1 (en) | 1994-05-30 | 1994-05-30 | Temperature compensation circuit for high power bipolar transistors. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2720568A1 true FR2720568A1 (en) | 1995-12-01 |
| FR2720568B1 FR2720568B1 (en) | 1996-10-25 |
Family
ID=9463637
Family Applications (1)
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| FR9406540A Expired - Fee Related FR2720568B1 (en) | 1994-05-30 | 1994-05-30 | Temperature compensation circuit for high power bipolar transistors. |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR2720568B1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB822771A (en) * | 1957-06-07 | 1959-10-28 | Standard Telephones Cables Ltd | Temperature compensated transistor circuit |
| US3430155A (en) * | 1965-11-29 | 1969-02-25 | Rca Corp | Integrated circuit biasing arrangement for supplying vbe bias voltages |
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-
1994
- 1994-05-30 FR FR9406540A patent/FR2720568B1/en not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2720568B1 (en) | 1996-10-25 |
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